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高效喷流舵的水动力性能研究

作　者: 焦雅丽
导　师: 黄胜
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 喷流舵流动分离面元法流体动力性能
分类号: U664.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 56次
引　用: 1次
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内容摘要

喷流舵是一种高效的新型舵，它通过喷出少量的流体而使舵获得较高的升力，能够极大地提高舵效，在船舶应用上有其开发和研制的前景。但是，关于喷流舵的深入研究还刚刚起步，国内外仍处在方案性设计阶段，主要研究方式基本上是试验研究。用理论方法研究喷流舵的流体动力性能对于提高喷流舵的设计水平具有指导意义。本文基于纯势流理论，采用线源分布源定理计算具有壁面喷流的可控环量翼来研究喷流舵的水动力性能，所得喷流影响加上面元法理论计算值，小舵角时相符良好。应用定常面元法，以射流理论知识为基础，详细分析了圆尾翼型的尾涡分离，根据圆柱体绕流及翼型的后缘分离相关理论，对计算翼型方法进行尾涡的变动，包括尾涡离开距尾缘的距离或改变尾涡形状。从计算结果看，这种方法可以为应用原方法预报圆尾型翼的翼型表面压力系数进行修正提供有效的参考。通过改变喷流舵表面的源汇分布并考虑圆尾翼型的后缘分离对喷流舵尾涡位置及尾涡形状的影响，建立了适合计算的喷流舵模型，对试验舵模进行了水动力性能计算，得出喷流舵在零攻角时也能通过喷流产生较大的升力而普通舵在没有攻角时不产生升力，并且喷流舵在各攻角下的升力系数和零攻角下的升／阻比在加入喷流后都有显著增加。对于不同的舵角，喷流造成的源汇影响系数不一样，系数随舵角的增大而增大。当喷流速度与来流速度相差过大时，进行水动力性能计算会出现发散的现象。但所得升力曲线和阻力曲线试验所得曲线发展趋向基本一致。可以看出，用源汇模拟喷流舵研究船舶水动力性能是可行的。单纯的襟翼舵和喷流舵都有明显的增升效果，达到提供更大舵力或减纵摇的目的，改善操纵性能。为此本文在原有喷流舵试验模型的基础上设计了一种新型的襟翼喷流舵，并对其进行了水动力性能的理论预报。它可以提供更大的升力和更小的阻力，水动力性能优良。本研究对喷流舵在若干喷流动量系数和不同舵角下的水动力性能进行的计算，将结果与喷流舵模型试验数据进行比较与分析，得到一些有益的结论。从而提出了应用定常面元法对喷流舵流体动力性能进行计算，得到的结论对于进一步研究这种新型舵提供了一些依据。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-15
  1.1 研究的目的及意义  11-12
  1.2 国内外发展现状  12-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-15
第2章可控环量船用翼控制及应用  15-34
  2.1 船用翼控制概论  15-18
    2.1.1 控制方程  15-16
    2.1.2 边界层控制——增升和减阻  16-18
  2.2 可控环量翼  18-22
    2.2.1 可控环量翼基本原理与特性  18-19
    2.2.2 可控环量船用舵  19-22
  2.3 壁面切向射流特性  22-27
  2.4 分离流动的基本现象及流动特性  27-31
    2.4.1 分离的物理图象及其形成条件  28-30
    2.4.2 流动分离和漩涡的形成  30-31
  2.5 湍流边界层分离现象和特性简介  31-32
  2.6 本章小结  32-34
第3章喷流舵水动力性能计算理论模型研究  34-55
  3.1 定常情况面元法计算模型简介  34-41
    3.1.1 理论基础  34-36
    3.1.2 水动力性能的数值分析模型  36-41
  3.2 关于喷流舵圆尾翼型表面压力的计算  41-46
    3.2.1 圆柱体绕流及分离流动  41-43
    3.2.2 翼型的后缘分离  43
    3.2.3 圆尾翼型表面压力计算  43-46
  3.3 利用线源分布源定理求解可控环量翼所产生的环量  46-51
  3.4 喷流舵尾部翼型改变模型  51-54
  3.5 本章小结  54-55
第4章数值计算结果与试验结果对比分析  55-71
  4.1 喷流舵的风洞试验  55-58
    4.1.1 喷流舵结构及试验装置  55-57
    4.1.2 试验结果的无因次化  57-58
  4.2 试验结果与数值模拟结果对比分析  58-66
  4.3 喷流襟翼舵的探讨及水动力性能和应用研究  66-70
    4.3.1 喷流襟翼舵的设计  66-67
    4.3.2 喷流襟翼舵的水动力性能计算  67-70
  4.4 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  76-77
致谢  77

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